ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК H01L33/50 

Изобретение относится к электролюминесцентному устройству, элементу для преобразования цвета испускаемого света, а также к способу изготовления этого элемента.

Известны электролюминесцентные устройства с преобразованием (света) люминофором (ПЛСИД) (от англ. pcLED, phosphor-converted light-emitting diode), которые имеют электролюминесцентный источник света (СИД), и излучаемый им свет (первичное излучение) поглощается по меньшей мере частично слоем порошка-люминофора и переизлучается с большей длиной волны (вторичное излучение). Так называемые ПЛСИД-устройства обычно используются в качестве источников белого света, в которых СИД излучают ультрафиолетовый (УФ) или синий свет (первичное излучение), часть которого поглощается слоем, расположенным на СИД, в типичном случае - слоем порошка-люминофора, и переизлучается, например, в виде желтого или зеленого и красного света (вторичное излучение). Этот процесс также называется преобразованием цвета или света. Затем белый свет получается посредством аддитивного смешения цветов. Самые лучшие ПЛСИД, имеющиеся на сегодняшний день, имеют отношение испускаемых фотонов со слоем люминофора (первичного излучения и вторичного излучения) и без слоя люминофора (первичного излучения), так называемый «коэффициент ослабления упаковки» (от англ. package gain), менее 50%. Поскольку слои порошка-люминофора состоят из материала-матрицы с заделанными в него частицами люминофора, эффективность такого источника света снижается по мере его эксплуатации в результате температурно-индуцированного или фотохимически-индуцированного ухудшения материала-матрицы, обусловленного УФ частью излучения СИД, и, следовательно, снижением светопропускания слоя порошка. Кроме того, однородность светового излучения ПЛСИД сильно зависит от однородности слоя порошка-люминофора. Например, так называемая коррелированная цветовая температура (КЦТ) может изменяться от 4500 K до 6500 K как функция угла зрения.

В документе DE 10349038 A1 раскрыто электролюминесцентное устройство с преобразованием люминофором для излучения белого света, в котором преобразование цвета достигается посредством поликристаллического керамического тела, которое расположено над СИД, если смотреть в направлении излучения света. В отличие от слоев порошка-люминофора керамическое тело не требует температурно- или светочувствительного материала-матрицы для заделывания частиц люминофора, и, тем самым, исключается снижение эффективности как функции срока эксплуатации вследствие ухудшения оптических характеристик материала-матрицы. Однородность испускания света, например цветовая температура, которая является как можно более независимой от угла зрения, обусловлена рассеянием первичного и вторичного излучения на кристаллитах в поликристаллическом материале. Однако с помощью поликристаллических материалов этого типа коэффициент ослабления упаковки по сравнению с ПЛСИД со слоями порошка-люминофора не повышается. Таким образом, по-прежнему желательным является заметно более высокий коэффициент ослабления упаковки.

Поэтому задача данного изобретения состоит в том, чтобы создать электролюминесцентное устройство с преобразованием люминофором, которое отличается высоким коэффициентом ослабления упаковки в сочетании с цветовой температурой, которая является как можно более независимой от угла зрения.

Эта задача решается посредством электролюминесцентного устройства, которое содержит по меньшей мере один электролюминесцентный источник света для испускания первичного излучения, предпочтительно имеющего длины волн от 200 нм до 490 нм, и по меньшей мере один светопреобразующий элемент, расположенный на пути лучей первичного излучения, для частичного поглощения первичного излучения и испускания вторичного излучения, причем этот светопреобразующий элемент имеет такую протяженность в направлении излучения первичного излучения, которая является меньшей, чем средняя длина рассеяния первичного излучения в светопреобразующем элементе. Чем меньше количество света, рассеянного в светопреобразующем элементе, тем короче оптический путь в соответствующем материале, и поэтому вероятность того, что свет поглотиться в светопреобразующем материале без последующего переизлучения, уменьшается. Таким образом, может быть получен более высокий коэффициент ослабления упаковки, чем в случае сильно рассеивающих светопреобразующих элементов, например, слоев порошка или обычных поликристаллических слоев с центрами рассеяния. Согласно закону Ламберта-Бэра потеря интенсивности излучения I_loss(Θ) в направлении Θ вследствие поглощения и рассеяния может быть описана как функция длин поглощения и рассеяния l_a и l_s, а не как функция коэффициентов пропускания и отражения. Тогда средняя длина рассеяния какого-либо материала с протяженностью d вдоль направления распространения излучения, который имеет среднюю плотность упаковки PD по центрам рассеяния, приблизительно пропорциональна 1/PD.

При этом предпочтительно, чтобы светопреобразующий элемент состоял из материала, имеющего плотность от 93% до 99,5% от теоретической плотности материала в светопреобразующем элементе.

В предпочтительном электролюминесцентном устройстве вторичное излучение содержит одну или более областей спектра с длинами волн, превышающими длины волн первичного излучения. Белый свет может быть получен, например, смешиванием в соответствующих пропорциях синего первичного излучения и желтого или зеленого и красного вторичного излучения.

При этом предпочтительно, чтобы средняя длина поглощения первичного излучения в светопреобразующем элементе была меньшей, чем средняя длина рассеяния первичного излучения, а предпочтительно - меньшей, чем протяженность светопреобразующего элемента в направлении излучения первичного излучения. Таким образом гарантируется, что достаточная часть первичного излучения преобразуется во вторичное излучение для получения белого света.

Особенно предпочтительно, чтобы светопреобразующий элемент содержал первую, по существу плоскую, поверхность, которая обращена к электролюминесцентному источнику света, и вторую поверхность, которая имеет структуру для улучшения вывода света из светопреобразующего элемента. Первая плоская поверхность делает возможным непосредственное нанесение (наложение) светопреобразующего элемента на электролюминесцентный источник света. Структурированная вторая поверхность используется для улучшения вывода света первичного и вторичного излучения из светопреобразующего элемента и дополнительно приводит к улучшенной однородности выводимого света благодаря светораспределяющему действию структурированной поверхности. Благодаря этому изменение коррелированной цветовой температуры как функции угла зрения заметно снижается.

В предпочтительном варианте реализации по меньшей мере та сторона светопреобразующего элемента, которая обращена от электролюминесцентного источника света, окружена выводным элементом из по меньшей мере одного прозрачного материала с показателем преломления n_A>1,3. Еще более предпочтительно, чтобы светопреобразующий элемент имел такой показатель преломления n_C, что |n_C-n_A|>0,1. С одной стороны, потери на вывод света вследствие полного внутреннего отражения при выводе света из светопреобразующего элемента можно снизить при n_A<n_C и можно исключить при n_A≥n_C. С другой стороны, светораспределяющее действие второй поверхности дополнительно сохраняется за счет минимальной разности |n_C-n_A|>0,1 показателей преломления в случае структурированной второй поверхности светопреобразующего элемента.

В особенно предпочтительном варианте реализации светопреобразующий элемент преобразует от 75% до 90%, предпочтительно - от 80% до 85% первичного излучения во вторичное излучение. При таком соотношении первичного излучения к полному излучению (первичному плюс вторичному излучению) получается наименьшее изменение цветовой температуры как функции угла зрения.

При этом предпочтительно, чтобы светопреобразующий элемент имел протяженность в по меньшей мере 50 мкм в направлении излучения первичного излучения.

При этом предпочтительные материалы светопреобразующего элемента содержат по меньшей мере один материал из групп, состоящих из

- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)₃(Al_1-zM^IV _z)₅O₁₂

где M^I=(Y, Lu); M^II=(Gd, La, Yb); M^III=(Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu) и M^IV=(Gd, Sc) при 0≤x≤1; 0≤y≤0,1 и 0≤z≤1,

- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)₂O₃

где M^I=(Y, Lu); M^II=(Gd, La, Yb) и M^III=(Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu, Bi, Sb) при 0≤x≤1 и 0≤y≤0,1,

- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)S_1-zSe_z

где M^I=(Ca, Sr, Mg, Ba); M^II=(Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr, Sb, Sn) и M^III=(K, Na, Li, Pb, Zn) при 0≤x≤0,01; 0≤y≤0,05 и 0≤z≤1,

- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)O

где M^I=(Ca, Sr, Mg, Ba); M^II=(Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr) и M^III=(K, Na, Li, Pb, Zn) при 0≤x≤0,1 и 0≤y≤0,1,

- (M^I _2-xM^II _xM^III ₂)O₇

где M^I=(La, Y, Gd, Lu, Ba, Sr); M^II=(Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm) и M^III=(Hf, Zr, Ti, Ta, Nb) при 0≤x≤1,

- (M^I _1-xM^II _xM^III _1-yM^IV _y)O₃

где M^I=(Ba, Sr, Ca, La, Y, Gd, Lu); M^II=(Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm); M^III=(Hf, Zr, Ti, Ta, Nb) и M^IV=(Al, Ga, Sc, Si) при 0≤x≤0,1 и 0≤y≤0,1.

Применяемая здесь запись, такая как, например, M^I=(Ca, Sr, Mg, Ba) для M^I, должна обозначать не только отдельные элементы, но и композиции (смеси) указанных в скобках элементов.

Кроме того, изобретение относится к способу изготовления светопреобразующего элемента в электролюминесцентном устройстве по пункту 1, который содержит следующие этапы:

- спекание материала светопреобразующего элемента при температуре от 1700 до 1750°C в течение от 2 до 8 часов в восстановительных условиях или в вакууме с использованием спекающей добавки, предпочтительно оксида магния или оксида кремния в количестве от 500 до 1000 м.д. по отношению к керамической основной фазе материала, при температуре от 1700 до 1750°C в течение от 10 до 24 часов,

- спекание материала светопреобразующего элемента при температуре от 1700 до 1750°C в течение от 9 до 11 часов в атмосфере аргона под давлением от 0,5 до 2,0 кбар,

- отжиг материала светопреобразующего элемента при температуре от 1200 до 1400°C в течение от 2 до 20 часов в кислородсодержащей атмосфере, предпочтительно воздухе.

Этим способом получают материал с высокой плотностью и, соответственно, меньшим числом центров рассеяния на единицу объема, что приводит к увеличению длины рассеяния в светопреобразующем элементе.

Эти и другие аспекты изобретения следуют из вариантов реализации и проиллюстрированы в описанных ниже вариантах реализации, хотя изобретение не следует рассматривать как ограниченное ими.

На этих чертежах показаны:

фиг.1 - электролюминесцентное устройство в соответствии с изобретением,

фиг.2 - структурированный светопреобразующий элемент в соответствии с изобретением,

фиг.3 - электролюминесцентное устройство с одним выводным элементом в соответствии с изобретением,

фиг.4 - коррелированные цветовые температуры как функция угла испускания для разных ПЛСИД.

На фиг.1 показано электролюминесцентное устройство 1 в соответствии с изобретением, имеющее нанесенный на подложку 4 электролюминесцентный источник 2 света для испускания первичного излучения и светопреобразующий элемент 3, расположенный на пути лучей первичного излучения (вдоль направления 5 излучения), для частичного поглощения первичного излучения и испускания вторичного излучения, причем этот светопреобразующий элемент 3 имеет такую протяженность в направлении 5 излучения первичного излучения, которая является меньшей, чем средняя длина рассеяния первичного излучения в светопреобразующем элементе.

Согласно закону Лаберта-Бэра потеря интенсивности излучения I_loss(Θ) в направлении Θ вследствие поглощения и рассеяния может быть описана как функция длин поглощения и рассеяния l_a и l_s. Тогда средняя длина рассеяния немонокристаллического материала с протяженностью d вдоль направления распространения излучения и средней плотностью упаковки PD по центрам рассеяния приблизительно пропорциональна d/PD. Чем больше длина рассеяния, тем меньше средние оптические пути первичного и вторичного излучения и, следовательно, потери света за счет поглощения без последующего переизлучения в светопреобразующем элементе. При объеме V_s центра рассеяния и числе N центров рассеяния в светопреобразующем элементе с объемом V, плотность упаковки PD получается как PD=N·V_S/V. Например, для сферических центров рассеяния с 10-процентной плотностью упаковки получается длина рассеяния, в 3,33 раза превышающая протяженность рассеивающего материала в направлении распространения света. При этом коэффициент пропорциональности зависит помимо прочего от типа и формы центра рассеяния и, таким образом, от состава материала светопреобразующего элемента 3.

В качестве электролюминесцентного источника 2 света могут быть использованы СИД с органическими или неорганическими электролюминесцентными слоями, которые расположены между двумя электродами и нанесены, как правило, на прозрачное основание. При этом предпочтительно, чтобы основание было прозрачным как для первичного, так и для вторичного излучения. Обычно электрод, обращенный к подложке 4, является отражающим, благодаря чему первичное излучение испускается в сторону, обращенную от подложки, что указано на фиг.1 стрелкой 5. При этом электролюминесцентный источник 2 света также может содержать множество СИД с одинаковым и/или разным первичным излучением. В данном случае светопреобразующий элемент 3 расположен на пути лучей первичного излучения для поглощения первичного излучения. Он может быть непосредственно нанесен (наложен) на электролюминесцентный источник 2 света или оптически соединен с электролюминесцентным источником 2 света посредством прозрачных материалов. Для оптического соединения светопреобразующего элемента 3 с электролюминесцентным источником 2 света можно использовать между светопреобразующим элементом 3 и электролюминесцентным источником 2 света, например, адгезионные слои из упругих или твердых материалов с показателем преломления от 1,4 до 3,0, таких как, например, сшиваемые двухкомпонентные силиконовые каучуки, которые сшиты платиной, или альтернативно стекловидные материалы, которые прикреплены к источнику света и светопреобразующему элементу при высоких температурах. Кроме того, особо предпочтительно, чтобы светопреобразующий элемент приводился в тесный контакт с электролюминесцентным источником света, так что расстояние между ними составляло в среднем в 3 раза меньше средней длины волны первичного излучения, предпочтительно - в 2 раза меньше средней длины волны первичного излучения, особо предпочтительно - одну среднюю длину волны первичного излучения. Однако в других вариантах реализации множество светопреобразующих элементов, отличающихся по их расположению, размеру, геометрии или материалу, также можно оптически соединять с одним или более электролюминесцентными источниками света.

Средняя длина волны первичного излучения предпочтительно находится в диапазоне длин волн от 200 нм до 490 нм, так что могут возбуждаться все дополнительные области спектра, необходимые для получения белого света посредством смешения первичного излучения и вторичного излучения. В случае синего первичного излучения вторичное излучение предпочтительно содержит свет в желтой или зеленой и красной областях спектра, что позволяет получать белый свет посредством смешения цветов.

Чтобы гарантировать, что посредством тонких светопреобразующих элементов также можно было обеспечить более длинноволновую часть вторичного излучения, необходимую для получения белого света, необходим минимум поглощения первичного излучения в светопреобразующем элементе. Для этой цели предпочтительно, чтобы средняя длина поглощения первичного излучения в светопреобразующем элементе 3 была меньшей, чем средняя длина рассеяния первичного излучения, предпочтительно - меньшей, чем протяженность светопреобразующего элемента 3 в направлении 5 излучения первичного излучения. При этом вторичное излучение, испускаемое после поглощения первичного излучения, испускается изотропно. В результате обусловленного материалом многократного отражения первичного излучения на поверхностях светопреобразующего элемента 3 и связанного с этим изменения направления распространения первичного излучения в светопреобразующем элементе 3 электролюминесцентное устройство 1 в соответствии с изобретением также отличается меньшим изменением так называемой коррелированной цветовой температуры (КЦТ) как функции угла зрения.

В примере реализации электролюминесцентного устройства в соответствии с изобретением при соответственно показанной на фиг.1 геометрии светопреобразующего элемента 3 с толщиной 1,0 мм и углом боковых граней светопреобразующего элемента 3 относительно направления 5 излучения в 45°, который состоит из АИГ-керамики, легированной 0,3% Ce, получен коэффициент ослабления упаковки в 70%. Это соответствует значительному улучшению по сравнению с традиционными светопреобразующими элементами из слоев порошка-люминофора.

В предпочтительном варианте реализации электролюминесцентного устройства 1 в соответствии с изобретением светопреобразующий элемент 3 имеет первую по существу плоскую поверхность 3a, которая делает возможным непосредственное нанесение (наложение) на электролюминесцентный источник 2 света, и вторую поверхность 3b, которая имеет структуру 6 для улучшения вывода света из светопреобразующего элемента 3. Особо предпочтительный пример реализации светопреобразующего элемента 3, имеющего структурированную вторую поверхность 3b, показан на фиг.2. Здесь структура 6 содержит первые области 61, расположенные по существу параллельно первой поверхности 3a, и сужающиеся вторые области 62, если смотреть в направлении 5 излучения. Благодаря сужающимся областям достигается повышение прямого светового вывода той части света, который распространяется в светопреобразующем элементе 3 под большими углами относительно направления 5 излучения. По существу плоские первые области 61 обеспечивают прямой вывод света, который распространяется в светопреобразующем элементе под малыми углами относительно направления 5 излучения. В особо предпочтительном варианте реализации светопреобразующий элемент содержит третьи области 63, которые расположены по существу параллельно первой поверхности 3a и под вторыми областями 62, если смотреть в направлении 5 излучения.

Пример реализации такой структурированной второй поверхности 3b содержит структуру 6 с глубиной (расстоянием между первыми областями 61 и третьими областями 63, если смотреть в направлении 5 излучения) в 180 мкм при толщине светопреобразующего элемента в 350 мкм, с расстоянием между соседними первыми областями 63 в 500 мкм и со вторыми областями 62, которые расположены под углом 45° к первой поверхности 3a. Такие структуры могут быть изготовлены, например, с помощью так называемой «машины для нарезания кристаллов» производства компании Disco Corporation. С этой целью в по существу плоской поверхности светопреобразующего элемента сначала прорезают канавки шириной 200 мкм и глубиной 180 мкм, а затем увеличивают их посредством так называемого режущего под 90° диска серии A1A. Посредством другого расстояния между канавками, другой геометрии канавок, другого режущего диска и/или другой глубины резки, структуры 6 можно адаптировать к другим требованиям относительно вывода света и светораспределяющего действия.

Для улучшения вывода света первичного и вторичного излучения из светопреобразующего элемента 3 с показателем преломления n_C особо предпочтительный вариант реализации содержит выводной элемент 7 из по меньшей мере одного прозрачного материала с показателем преломления n_A>1,3, который окружает по меньшей мере ту сторону светопреобразующего элемента 3, которая обращена от электролюминесцентного источника 2 света, см. фиг.3. В случае n_C>n_A потери на вывод света в направлении 5 излучения света из светопреобразующего элемента 3 вследствие полного внутреннего отражения на стороне светопреобразующего элемента 3, обращенной от электролюминесцентного источника 2 света, могут быть снижены вследствие меньшей разности показателей преломления относительно перехода в воздух. Если n_C<n_A, потери на вывод в светопреобразующем элементе предотвращаются вследствие перехода из оптически менее плотной среды (светопреобразующего элемента 3) в оптически более плотную среду (выводной элемент 7). В обоих случаях предпочтительно, чтобы внешняя поверхность выводного элемента 7, если смотреть в направлении 5 излучения света, имела вогнутую форму (см. фиг.3), если смотреть со стороны воздуха, для снижения доли света, отраженного обратно на поверхности раздела выводного элемента и воздуха.

В примерном варианте реализации, показанном на фиг.3, как электролюминесцентный источник 2 света, так и светопреобразующий элемент 3, нанесенный на электролюминесцентный источник 2 света, окружены выводным элементом 7, имеющим по меньшей мере один прозрачный материал, причем выводной элемент имеет вогнутую внешнюю поверхность, если смотреть в направлении 5 излучения света. Однако изобретение включает и другие варианты реализации, в которых светопреобразующий элемент 3 и/или электролюминесцентный источник 2 света лишь частично окружены выводным элементом 7. Аналогично, изобретение включает варианты реализации с невогнутой внешней поверхностью выводного элемента 7, если смотреть в направлении 5 излучения света. Кроме того, выводной элемент 7 может содержать несколько прозрачных материалов. Помимо вывода света выводной элемент 7 также может использоваться для того, чтобы влиять на характеристику излучения источника света в отношении углового распределения полного излучения. Если светопреобразующий элемент 3 имеет структурированную вторую поверхность 3b, то особо предпочтительно, чтобы прозрачный материал выводного элемента 7 имел показатель преломления n_A, не равный показателю преломления n_C светопреобразующего элемента 3. Помимо особенно высокого коэффициента ослабления упаковки такой конфигурации сохраняется предпочтительное светораспределяющее действие, позволяющее получать мало меняющуюся с углом испускания коррелированную цветовую температуру, когда разность показателей преломления |n_C-n_A|>0,1, независимо от того является ли n_C большим или меньшим, чем n_A. Согласно такому особенно предпочтительному варианту реализации можно добиться коэффициента ослабления упаковки свыше 70%, что представляет собой значительное улучшение над традиционными ПЛСИД со слоями порошок-люминофоров в качестве светопреобразующих элементов.

На фиг.4 показана приведенная к соответствующему максимуму коррелированная цветовая температура (КЦТ) в градусах Кельвина как функция угла испускания β относительно направления 5 излучения электролюминесцентного устройства, содержащего излучающий синим (с длиной волны <490 нм) электролюминесцентный источник 2 света и нанесенный на этот электролюминесцентный источник света светопреобразующий элемент 3, который выполнен из слоя порошкообразного АИГ:Ce для получения вторичного излучения в желтой области спектра, окруженный выводным элементом с вогнутой формой поверхности. Белый свет получается посредством аддитивного смешения цветов. Данные, приведенные в сравнении между традиционными слоями порошков-люминофоров (кривая PPS) и светопреобразующими элементами 3 (кривые A, B и C) в соответствии с изобретением, показывают, что цветовая температура существенно меняется с углом испускания. В случае обычных светопреобразующих элементов, состоящих из слоев порошков-люминофоров, коррелированная цветовая температура варьируется между 6500K (угол испускания 0°) и 4500K (угол испускания 65°), что соответствует изменению почти в 40% и представляет собой мешающий визуальный эффект для наблюдателя. Электролюминесцентное устройство в соответствии с изобретением, содержащее светопреобразующий элемент, который в отличие от слоев порошков-люминофоров имеет большую длину рассеяния, демонстрирует меньшее изменение коррелированной цветовой температуры, см. кривую A на фиг.4. В данном случае значения лежат между 6762K и 4760K, что соответствует изменению в 30%.

Предпочтительный светопреобразующий элемент 3, имеющий структурированную вторую поверхность 3b (кривая B), демонстрирует еще более отчетливо уменьшенное изменение коррелированной цветовой температуры как функции угла испускания β. В данном случае цветовая температура изменяется между 6765K и 5542K, что соответствует изменению менее чем на 20%.

Изменение цветовой температуры в зависимости от угла испускания может быть дополнительно улучшено за счет предпочтительного отношения между первичным и вторичным излучениями. Особо предпочтительно, чтобы светопреобразующий элемент 3 преобразовывал от 75% до 90%, предпочтительно - от 80% до 85% первичного излучения во вторичное излучение. Например, коррелированная цветовая температура изменяется как функция угла испускания всего лишь между 5406K и 4836K при процентном отношении синего первичного излучения к полному излучению в 16,7%, см. фиг.4, кривая C. В результате это изменение на менее чем 9% оказывает наиболее однородное цветовое впечатление на наблюдателя.

При этом в зависимости от сферы применения и желаемого конечного цвета излучения предпочтительные светопреобразующие элементы состоят из по меньшей мере одного материала из групп, состоящих из

- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)₃(Al_1-zM^IV _z)₅O₁₂

где M^I=(Y, Lu); M^II=(Gd, La, Yb); M^III=(Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu) и M^IV=(Gd, Sc) при 0≤x≤1; 0≤y≤0,1 и 0≤z≤1,

- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)₂O₃

где M^I=(Y, Lu); M^II=(Gd, La, Yb) и M^III=(Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu, Bi, Sb) при 0≤x≤1 и 0≤y≤0,1,

- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)S_1-zSe_z

где M^I=(Ca, Sr, Mg, Ba); M^II=(Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr, Sb, Sn) и M^III=(K, Na, Li, Pb, Zn) при 0≤x≤0,01; 0≤y≤0,05 и 0≤z≤1,

- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)O

где M^I=(Ca, Sr, Mg, Ba); M^II=(Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr) и M^III=(K, Na, Li, Pb, Zn) при 0≤x≤0,1 и 0≤y≤0,1,

- (M^I _2-xM^II _xM^III ₂)O₇

где M^I=(La, Y, Gd, Lu, Ba, Sr); M^II=(Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm) и M^III=(Hf, Zr, Ti, Ta, Nb) при 0≤x≤1,

- (M^I _1-xM^II _xM^III _1-yM^IV _y)O₃

где M^I=(Ba, Sr, Ca, La, Y, Gd, Lu); M^II=(Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm); M^III=(Hf, Zr, Ti, Ta, Nb) и M^IV=(Al, Ga, Sc, Si) при 0≤x≤0,1 и 0≤y≤0,1.

Применяемая здесь запись, такая как, например, M^I=(Ca, Sr, Mg, Ba) для M^I, должна обозначать не только отдельные элементы для M^I, но и композиции (смеси) элементов, указанных в скобках.

Для изготовления светопреобразующих элементов могут быть использованы стандартные методики смешивания порошков оксидных предшественников, измельчения, гранулирования и прессования сырых керамических масс. Характеристики рассеяния в соответствии с изобретением достигаются с помощью особых способов спекания, два из которых в качестве примера описаны ниже:

1) спекание керамики при 1700-1750°C в течение 2-8 ч в восстановительных условиях, в результате чего получают материалы с плотностью >96% от теоретической плотности без пористости.

Затем материал спекают при 1750°C в атмосфере аргона под давлением (0,500 кбар - 2 кбар) в течение 10 ч, для удаления остаточной пористости.

2) вакуумное спекание керамики с использованием вспомогательной спекающей фазы (MgO или SiO₂, 500-1000 массовых миллионных долей (м.м.д.) по отношению к керамической основной фазе) при 1750°C в течение 10-24 ч.

После этапов 1) или 2) необходим этап отжига в воздухе или в кислородсодержащей атмосфере при 1200-1400°C в течение 2-20 ч (в зависимости от толщины образца) для улучшения характеристик люминесценции. При необходимости образцы могут быть предварительно разделены на слои толщиной менее 3 мм, предпочтительно - менее 2 мм, особо предпочтительно - менее 1 мм.

При данном составе материала толщину светопреобразующего элемента 3 нужно адаптировать к желаемому отношению между первичным и вторичным излучением. При этом предпочтительно, чтобы толщина светопреобразующего элемента 3 составляла по меньшей мере 50 мкм, если смотреть в направлении 5 излучения.

Варианты реализации, поясненные посредством фигур и описания, представляют собой только примеры для улучшения коэффициента ослабления упаковки и снижения изменения коррелированной цветовой температуры как функции угла испускания электролюминесцентного устройства и не должны рассматриваться в качестве ограничения формулы изобретения этими примерами. Специалисты в данной области техники могут предложить альтернативные варианты реализации, которые также подпадают под объем охраны формулой изобретения. Нумерация зависимых пунктов формулы не подразумевает, что другие комбинации этих пунктов не представляют собой предпочтительные варианты реализации изобретения.

Электролюминесцентное устройство содержит по меньшей мере один электролюминесцентный источник (2) света для испускания первичного излучения, предпочтительно имеющего длины волн от 200 нм до 490 нм, и по меньшей мере один светопреобразующий элемент (3), расположенный на пути лучей первичного излучения, для частичного поглощения первичного излучения и испускания вторичного излучения, причем этот светопреобразующий элемент (3) имеет размер в направлении (5) излучения первичного излучения, который является меньшим, чем средняя длина рассеяния первичного излучения в светопреобразующем элементе (3). Изобретение обеспечивает возможность создания электролюминесцентного устройства с преобразованием люминофором, которое отличается высоким коэффициентом ослабления упаковки в сочетании с цветовой температурой, которая является как можно более независимой от угла зрения. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электролюминесцентное устройство, содержащее по меньшей мере один электролюминесцентный источник (2) света для испускания первичного излучения, предпочтительно имеющего длины волн от 200 до 490 нм, и по меньшей мере один светопреобразующий элемент (3), расположенный на пути лучей первичного излучения, для частичного поглощения первичного излучения и испускания вторичного излучения, причем этот светопреобразующий элемент (3) имеет размер в направлении (5) излучения первичного излучения, который является меньшим, чем средняя длина рассеяния первичного излучения в светопреобразующем элементе (3).

2. Электролюминесцентное устройство по п.1, отличающееся тем, что светопреобразующий элемент состоит из материала, который в светопреобразующем элементе имеет плотность от 93 до 99,5% от теоретической плотности этого материала.

3. Электролюминесцентное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что вторичное излучение содержит одну или более областей спектра с большими длинами волн, чем длины волн первичного излучения.

4. Электролюминесцентное устройство по п.1, отличающееся тем, что средняя длина поглощения первичного излучения в светопреобразующем элементе (3) является меньшей, чем средняя длина рассеяния первичного излучения, предпочтительно меньшей, чем размер светопреобразующего элемента (3) в направлении (5) излучения первичного излучения.

5. Электролюминесцентное устройство по п.1, отличающееся тем, что светопреобразующий элемент (3) содержит первую, по существу, плоскую поверхность (3а), которая обращена к электролюминесцентному источнику (2) света, и вторую поверхность (3b), которая имеет структуру (6) для улучшения вывода света из светопреобразующего элемента (3).

6. Электролюминесцентное устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере та сторона светопреобразующего элемента (3), которая обращена от электролюминесцентного источника (2) света, окружена выводным элементом (7) из по меньшей мере одного материала с показателем преломления n_A>1,3.

7. Электролюминесцентное устройство по п.6, отличающееся тем, что светопреобразующий элемент (3) имеет показатель преломления n_C, и |n_C-n_A|>0,1.

8. Электролюминесцентное устройство по п.1, отличающееся тем, что светопреобразующий элемент (3) преобразует от 75 до 90%, предпочтительно от 80 до 85%, первичного излучения во вторичное излучение.

9. Электролюминесцентное устройство по п.1, отличающееся тем, что светопреобразующий элемент (3) имеет размер в по меньшей мере 50 мкм в направлении (5) излучения первичного излучения.

10. Электролюминесцентное устройство по п.1, отличающееся тем, что материал светопреобразующего элемента (3) содержит по меньшей мере один материал из групп, состоящих из
- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)₃(Al_1-zM^IV _z)₅O₁₂,
где M^I=(Y, Lu); M^II=(Gd, La, Yb); M^III=(Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu) и M^IV=(Gd, Sc) при 0≤x≤1; 0≤у≤0,1 и 0≤z≤1,
- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)₂O₃,
где M^I=(Y, Lu); M^II=(Gd, La, Yb) и M^III=(Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu, Bi, Sb) при 0≤x≤1 и 0≤у≤0,1,
- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)S_1-zSe_z,
где M^I=(Ca, Sr, Mg, Ba); M^II=(Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr, Sb, Sn) и M^III=(K, Na, Li, Pb, Zn) при 0≤x≤0,01; 0≤у≤0,05 и 0≤z≤1,
- (M^I _1-x-yM^II _xM^III _y)О,
где M^I=(Ca, Sr, Mg, Ba); M^II=(Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr) и M^III=(K, Na, Li, Pb, Zn) при 0≤x≤0,1 и 0≤у≤0,1,
- (M^I _2-xM^II _xM^III ₂)O₇,
где M^I=(La, Y, Gd, Lu, Ba, Sr); M^II=(Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm) и M^III=(Hf, Zr, Ti, Та, Nb) при 0≤х≤1,
- (M^I _1-xM^II _xM^III _1-yM^IV _y)O₃,
где M^I=(Ва, Sr, Ca, La, Y, Gd, Lu); M^II=(Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm); M^III=(Hf, Zr, Ti, Та, Nb) и M^IV=(Al, Ga, Sc, Si) при 0≤x≤0,1 и 0≤у≤0,1.